靜態鏈結庫和動態鏈結庫

2019 march 17

靜態鏈結庫, 動態鏈結庫

由於我對windows的程式設計環境比較熟悉，所以首先對windows下的程式設計環境進行乙個簡單的介紹。在windows中進行c++程式設計時，我們會經常呼叫一些函式庫，因此不可避免地會經常接觸到obj、lib和dll這些檔案，當然也會接觸到各種include目錄。

obj檔案由編譯器(compiler)編譯生成，其內容為本地**(***** code，對應於特定cpu的機器**)，其中包括外部符號，也就是對其他**函式（或者庫函式）的引用(所以如果出現每個函式未出現在其他**中或者引用庫函式中，在鏈結階段就會出現「未解析的外部符號」的錯誤)。

在windows中，cpp檔案是源**檔案，lib、dll和exe檔案屬於最終的生成檔案。obj檔案是一種介於源**和最終生成檔案的中間**。通常乙個程式（例如exe檔案）由多個源**組成，或者依賴其他函式庫(lib、dll等檔案)，單個obj檔案不具有整個程式執行所需要的所有內容。形成乙個完整的可執行檔案，需要通過鏈結器(linker)，將不同源**生成的obj檔案和所呼叫的庫函式鏈結到一起。因此，obj檔案是一種中間**而非最終的可執行檔案。

接著介紹lib檔案的作用。lib檔案通常被稱為靜態鏈結庫(static library)。純粹的靜態鏈結庫包含了函式符號和函式實現**。在編譯的鏈結階段，靜態鏈結庫中的內容被包括到了編譯得到的可執行檔案中。因此，在只鏈結了靜態鏈結庫的情況下，可以認為所得到的編譯結果不依賴於外部動態鏈結庫。

我個人認為「靜態鏈結庫」這個稱呼不夠貼切，可以從上面dll檔案的作用中看出，編譯的鏈結過程中，動態鏈結庫也會使用到lib。在這種情況下，我們把lib檔案稱為靜態鏈結庫，從字面上給人的感覺就是和動態鏈結庫是互斥的。所以，我認為將lib檔案稱為引入庫檔案(import library)更加合適。不過，從另外一方面來說，引入庫檔案在鏈結時將所要呼叫的函式在dll檔案中的入口鏈結到了對應的生成檔案中，也可以認為是一種靜態鏈結。

靜態鏈結在**編譯的時候，進行靜態載入；而動態鏈結在程式執行的時候，進行動態載入。lib在編譯階段需要用到，而dll檔案在程式執行時需要用到。如果只需要完成源**編譯，那麼在編譯階段新增lib檔案就夠了；如果要讓編譯得到的程式執行起來，那麼就分為2種情況：

如果乙個函式庫使用動態鏈結庫的形式進行發布(release)，當然這個函式庫是用來給其他開發者呼叫的，那麼這個函式庫需要包含lib檔案和dll檔案。lib檔案包含了函式符號，也就是告訴程式到**找引用函式的實現**，而dll檔案包含了**的實現。因此，對於開發者來說lib檔案和dll檔案二者都必不可少。編譯得到的程式中只包含了所呼叫函式的函式符號，但是並未包含所呼叫函式的實現**，因此程式執行的時候仍然需要附帶對應的dll檔案。

如果乙個函式庫採用了靜態鏈結的方式發布，那麼只需要提供lib檔案就可以了。因為lib檔案中已經包含了函式符號和函式實現，也就是說已經包含了程式所有所需要的內容。在程式編譯階段，lib檔案的內容已經被鏈結到了程式中，這樣程式在執行的時候不需要再額外提供lib檔案了。

靜態鏈結是將程式執行所需要的**都整合到程式中，因此對外部環境的依賴較小，不需要新增額外的依賴檔案(例如dll檔案)。這是靜態鏈結最大的優點，也是靜態鏈結的問題所在。靜態鏈結將用到的**都新增到程式中，就會導致編譯得到的程式，無論是在記憶體上還是在硬碟上，占用空間比較龐大。

在上一節windows程式設計環境中，已經介紹完了靜態鏈結庫和動態鏈結庫的基本概念。這一節將在上一節的基礎上，對照windows下的程式設計環境進一步介紹linux下的程式設計環境。首先，介紹linux下目標檔案、靜態鏈結庫和動態鏈結庫與windows上的對應關係：

由於windows下，開發者通常採用visual studio等整合開發環境(ide)。對於開發者來說，程式的編譯鏈結通常是一步完成的。因此，不容易接觸到，ide在編譯時每一步都進行了什麼操作。而linux下使用gcc(gnu compiler collection)編譯能夠很好的體會編譯的過程，下面通過gcc編譯的例子來介紹linux中程式的編譯的具體過程。

對於如下c語言程式，使用gcc進行編譯。


#include 
intmain
(void
)

以上程式可以通過gcc一步到位完成編譯，命令如下：

$ gcc test.c -o

test

預處理

$ gcc -e test.c -o test.i 或 gcc -e test.c

生成的test.i檔案存放著test.c經過預處理之後的**，也就是將stdio.**件中的內容插入到了test.c檔案中了。

編譯為彙編**

$ gcc -s test.i -o test.s.

預處理之後，直接對生成的test.i檔案進行編譯，生成彙編**test.s。

彙編

$ gcc -c test.s -o test.o

將彙編**test.s進行編譯生成目標檔案test.o。

鏈結

$ gcc test.o -o

test

下面以mysql connectors的c庫為例，介紹使用gcc鏈結庫函式的過程。函式庫包括乙個include檔案，路徑為/usr/dev/mysql/include；乙個lib檔案，路徑為/usr/dev/mysql/lib，裡面包含二進位制so檔案libmysqlclient.so。

編譯得到目標檔案

$ gcc –c –i /usr/dev/mysql/include test.c –o test.o

鏈結生成可執行檔案

$ gcc –l /usr/dev/mysql/lib –lmysqlclient test.o –o test

也可以強制鏈結時使用靜態鏈結庫

$ gcc –l /usr/dev/mysql/lib –static –lmysqlclient test.o –o test

預設情況下， gcc在鏈結時優先使用動態鏈結庫，只有當動態鏈結庫不存在時才考慮使用靜態鏈結庫，如果需要的話可以在編譯時加上-static選項，強制使用靜態鏈結庫。

在/usr/dev/mysql/lib目錄下有鏈結時所需要的庫檔案libmysqlclient.so和libmysqlclient.a，為了讓gcc在鏈結時只用到靜態鏈結庫，可以使用以上命令。

ld會去找gcc命令中的引數-l；

再找gcc的環境變數library_path；

再找內定目錄 /lib、/usr/lib和/usr/local/lib，這是當初compile gcc時寫在程式內的。

編譯目標**時指定的動態庫搜尋路徑

環境變數ld_library_path指定的動態庫搜尋路徑

配置檔案/etc/ld.so.conf中指定的動態庫搜尋路徑

預設的動態庫搜尋路徑/lib

預設的動態庫搜尋路徑/usr/lib

靜態鏈結庫和動態鏈結庫

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